پژوهش های برنامه و توسعه

پژوهش های برنامه و توسعه

کاربست مدل‌های ترکیبی یادگیری ماشین در پیش‌بینی تقاضای سامانه‌های دوچرخه اشتراکی؛ رهیافتی برای هوشمندسازی شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه آموزشی مهندسی صنایع و سیستمها، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
در نظام حکمرانی شهری معاصر، توسعه حمل‌ونقل پایدار مستلزم گذار از رویکردهای واکنشی به رویکردهای پیش‌بینی‌محور است. سامانه‌های دوچرخه‌اشتراکی با وجود مزایای زیست‌محیطی و اجتماعی، همواره با چالش نوسانات شدید و غیرخطی تقاضا مواجه بوده‌اند که برنامه‌ریزی بهینه و تخصیص منابع عمومی را با دشواری روبه‌رو می‌سازد. این پژوهش با هدف توانمندسازی نظام برنامه‌ریزی حمل‌ونقل شهری، به مقایسه کارآمدی ده مدل مختلف شامل سری‌های زمانی (Prophet)، یادگیری ماشین (XGBoost، Gradient Boosting، Bagging) و یادگیری عمیق (MLP، CNN، LSTM، GRU، Transformer) در پیش‌بینی تقاضای ساعتی سامانه دوچرخه‌اشتراکی سئول در افق‌های ۱، ۳، ۶، ۱۲ و ۲۴ ساعته می‌پردازد. یافته‌های تجربی نشان می‌دهد که مدل ترکیبی Ensemble (ترکیب وزن‌دهی‌شده مدل‌های درختی) با ضریب تعیین ۰٫۹۶۲ در افق یک‌ساعته و ۰٫۷۹۹ در افق ۲۴ ساعته، از نظر میانگین شاخص‌ها عملکردی برتر و پایدارتر از سایر روش‌ها دارد. این مدل توانسته است خطای پیش‌بینی را نسبت به روش‌های سنتی سری‌زمانی تا 54 درصد کاهش دهد.
دلالت‌های سیاستی این پژوهش برای نظام برنامه‌ریزی ایران عبارتند از: (۱) ضرورت گذار از بودجه‌ریزی خطی به بودجه‌ریزی مبتنی بر پیش‌بینی‌های پویا در طرح‌های حمل‌ونقل پاک، (۲) اهمیت ایجاد و استانداردسازی پایگاه‌های داده ساعتی از متغیرهای آب‌وهوایی و الگوهای تقاضا در کلانشهرها، (۳) قابلیت استفاده از مدل‌های ترکیبی به‌عنوان هسته سامانه‌های تصمیم‌یار عملیاتی برای مدیریت ناوگان دوچرخه‌های اشتراکی و (4) طراحی قراردادهای تطبیقی با اپراتورهای خصوصی مبتنی بر دقت پیش‌بینی. این رویکرد می‌تواند الگویی عملیاتی برای بهبود حکمرانی شهری و کاهش ناترازی عرضه و تقاضا در طرح‌های مشابه داخلی (نظیر سامانه «بودوک» تهران) فراهم آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Application of Hybrid Machine Learning Models in Bike-Sharing Demand Forecasting: An Approach Toward Smart Urbanization

نویسندگان English

majid mardani shahri
Elnaz rezazade khabbaz
mohammad amin najafi
Assistant Professor, Department of Industrial and Systems Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
چکیده English

In contemporary urban governance, the development of sustainable transportation requires a paradigm shift from reactive approaches to predictive ones. Bike-sharing systems, despite their environmental and social benefits, are persistently challenged by severe non-linear demand fluctuations that complicate optimal resource allocation. This study compares ten models—including time series (Prophet), machine learning (XGBoost, Gradient Boosting, Bagging), and deep learning (MLP, CNN, LSTM, GRU, Transformer)—for hourly demand forecasting in the Seoul bike-sharing system over horizons of 1, 3, 6, 12, and 24 hours. Empirical findings demonstrate that, based on the average performance across the evaluation metrics, the weighted tree ensemble model delivers the best and most stable results among all evaluated methods, achieving an R² of 0.962 at the one-hour horizon and 0.799 at the 24-hour horizon, while reducing prediction error by up to 54% compared with classical time-series methods. Policy implications for Iran's planning system include: (1) transitioning from linear to dynamic, prediction-based budgeting for clean transport projects; (2) establishing a national urban short-trip database; (3) adopting ensemble models as decision-support system cores; and (4) designing adaptive contracts with private operators. This approach provides an operational template for improving urban governance and reducing supply-demand imbalances in similar domestic schemes.The policy implications of this research for Iran’s planning system are: (1) the necessity of transitioning from linear budgeting to dynamic, forecast-based budgeting in clean transportation projects; (2) the importance of creating and standardizing hourly databases of weather variables and demand patterns in metropolitan areas; and (3) the feasibility of using hybrid models as the core of operational decision-support systems for managing bike-sharing fleets. This approach can provide an operational model for improving urban governance and reducing supply-demand imbalances in similar domestic initiatives (such as Tehran’s "Boodak" system).

کلیدواژه‌ها English

Sustainable Urban Governance
Intelligent Demand Forecasting
Bike-Sharing System
Machine Learning Ensemble Models
Urban Transportation Planning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 مهر 1405